饱和柔性桩复合地基表面振动特性研究

本项目针对饱和土中柔性桩复合地基，建立饱和介质三维动力有限元无限元耦合模型，编制计算程序，分析地面点源激振作用下饱和柔性桩复合地基振动场，考察桩柔性桩体的反射、透射和绕射作用以及柔性桩之间的相互干扰对表面振动信号的影响。通过分析发现，由于竖向增强体的反射、折射和绕射，在某些特定频段，地面震动具有几何衰减特性，呈现较为强烈的频阻效应；通过对弥散曲线的研究表明，在数倍柔性桩加固深度的波长下，表面波的波速高于天然地基的波速，两者之间的差别与柔性桩的尺寸、间距、材料强度等参数相关，因此难以从弥散曲线上的半波长估算复合地基的加固深度。而通过单桩饱和复合地基上块体振动响应及块体速度导纳灵敏度分析发现，单桩复合地基上块体振动规律与柔性桩尺寸，柔性桩和桩周土刚度、渗透性，以及块体尺寸有关。因完整桩临界桩长、缺陷桩缺陷临界深度的存在，将使块体振动法检测柔性桩完整性受到一定的限制。复合地基刚度与低频速度导纳的相关性良好，并给出了利用低频导纳值推求地基动刚度的修正公式以及基于有限元无限元耦合模型的反演柔性桩弹性模量的阻尼最小二乘方法。本项目研究成果进一步完善复合地基表面振动传播理论，对应用振动测试评估复合地基质量有更深入的认识。 2100433B

表面波技术一直试图被工程界用来检测竖向柔性桩复合地基的质量，但饱和土体中的流固耦合效应及竖向柔性桩对波动信号的干扰使该问题变得异常复杂。本项目针对饱和土中柔性桩复合地基，拟建立饱和介质三维动力有限元无限元耦合模型，分析地面点源激振作用下饱和柔性桩复合地基振动场，考察桩土渗透系数、柔性桩体的反射、透射和绕射作用以及柔性桩之间的相互干扰对表面振动信号的影响。研究地面振动信号的幅频、相频特性随振源和柔性桩空间位置变化而变化的规律。论证目前复合地基设计中套用水平层状地基等效计算方法的局限性。现场对水泥搅拌桩、砂石桩复合地基进行多道表面波试验，验证柔性桩的物理几何特性及空间布置形式在表面波频散曲线上的反应特征。并应用饱和介质有限元无限元耦合解分析桩土参数对实测信号的灵敏度，在此基础上，反演复合地基的工程参数。本项目研究成果将使表面波法测试复合地基的结果更加可靠，同时进一步完善复合地基表面振动传播理论

第1章 绪论

1. 1 复合地基的特点和分类

1．2 刚—柔性桩复合地基概述

1．3 刚—柔性桩复合地基的工程应用

1．4 刚—柔性桩复合地基的研究现状

1．5 桩土共同作用试验研究现状

1．6 本书的研究思路

第2章 刚—柔性桩复合地基静荷载试验

2．1 试验原理和方法

2．2 单桩承载变形性状试验

2．3 带褥垫层刚—柔性桩复合地基特性分析

2．4 无褥垫层刚—柔性桩复合地基特性分析

2．5 变参数刚—柔性桩复合地基

2．6 刚—柔性桩复合地基中刚性桩和自由状态下刚性桩性能比较

2．7 静荷载试验的相关问题讨论

2．8 本章小结

第3章 刚·柔性桩复合地基原位试验

3．1 原位试验概述

3．2 原位试验仪器的布置

3．3 测试结果分析

3．4 本章小结

第4章 刚-柔性桩复合地基有限元分析

4．1 有限元分析方法

4．2 褥垫层参数对刚—柔性桩复合地基特性影响

4．3 承台参数对刚—柔性桩复合地基特性影响

4．4 刚性桩参数对刚—柔性桩复合地基特性影响

4．5 柔性桩参数对刚—柔性桩复合地基特性影响

4．6 土参数对刚—柔性桩复合地基特性影响

4．7 本章小结

第5章 刚·柔性桩复合地基荷载分担比

5．1 荷载分担比的理论解

5．2 有限元实用计算公式

5．3 工程实测和理论解、经验公式的比较

5．4 本章小结

第6章 刚·柔性桩复合地基复合模量解析解

6．1 研究现状

6．2 复合模量的理论推导

6．3 工程实例

6．4 不同参数对复合地基复合模量的影0向

6．5 本章小结

第7章 刚·柔性桩复合地基沉降计算

7．1 群桩沉降理论分析

7．2 现有刚—柔性桩复合地基沉降计算方法分析

7．3 刚—柔性桩复合地基沉降计算方法

7．4 工程实例比较

7．5 本章小结

第8章 刚·柔性桩复合地基设计

8．1 刚—柔性桩复合地基的分类

8．2 条形基础刚—柔性桩复合地基设计

8．3 筏板基础刚—柔性桩复合地基设计

8．4 改良型刚—柔性桩复合地基设计

8．5 本章小结

第9章 柔性基础下刚—柔性桩复合地基特性

9．1 工程概况

9．2 地基处理方案选择

9．3 设计和施工基本参数

9．4 试验方案

9．5 应力测试结果及分析

9．6 沉降测试结果及分析

9．7 本章小结

参考文献 2100433B

《刚·柔性桩复合地基》实践应用性强，研究成果具有相当大的推广价值。刚·柔性桩复合地基是一种具有巨大经济效益和社会效益的新型复合地基。《刚·柔性桩复合地基》从系统的现场试验、有限元数值分析、理论研究三方面对刚-柔性桩复合地基特性进行了研究，介绍了刚·柔性桩复合地基荷载分担比和复合模量解析题的研究成果，提出了沉降计算方法和面向实践的设计方法，解决了刚-柔性桩复合地基设计和施工技术难题。

饱和土中弹性波的传播

饱和土中波传播问题是岩土工程、地震工程及地球物理等学科领域的重要课题。由于饱和土是一种流固两相多孔介质，故与一般均质弹性介质相比,其中的波传播问题要复杂得多，有关的研究尚待进一步深入。

弹性波传播特性：

(l)饱和土中P1波和S波的频散性很小，而P2波的频散性较大，特别是当频率很低时，P2波退化为扩散过程。三种波的衰减均随频率的增大而增大，其中P2波的衰减较P2波和S波的衰减要大得多。

(2)饱和土存在一个特征频率关，据此可将波频划分为高、中、低频段。工程测试及室内试验频率一般均在低频段。在特征频率附近,三种体波的速度和衰减的变化相对显著。

(3)饱和土中三种体波的速度与孔隙率近似成线性关系，随孔隙率增大，P1波的速度减小，P2波和S波的速度增大。可以利用这种关系测试饱和土孔隙率。

(4)饱和土中P2波和S波的速度受渗透性和流体粘滞性的影响不大，而P2波速度及三种波的衰减通常受这两种参数的影响相对较大，因此可望利用波衰减信息来测试饱和土渗透性和流体粘滞性。

(5)P2波传播速度低而衰减又快，因此在工程测试中较难探测，其作用也一般被忽略。但是P2波的存在必将携带、消耗部分能量，而且在某些特定条件下(如在透水边界)其作用将被激发。

饱和土中端承桩纵向振动特性

一、桩顶复刚度特性

1.振幅随桩长逐渐衰减。

2.随模量比的增加，振荡的幅度和波长也逐渐增大，表明土越软，桩土体系的相对刚度和阻尼的振幅越大。

3.渗透力对桩的动刚度因子和等效阻尼的影响较小，随渗透力的增大，动刚度因子和动阻尼的振幅略有减小。当渗透力很大或渗透系数很小时，饱和土体近似一个封闭系统，这时水相与固相的相对运动减弱，因而阻尼减小。

二、桩顶速度幅频响应及时域特性分析

1.随着长径比的增加，幅频曲线的振幅及时域曲线的底部反射减小。当长径比达80时，两种曲线的振幅己很小，趋于直线。因此在桩基实测中存在临界长度。

2.随着模量比的增长，幅频曲线及反射波曲线的幅值增长，而幅频的初始刚度值降低。

3.渗透力的影响较小，表明了在很短的时间内孔隙水的影响难以体现。

2100433B